Швейцарські вчені розробили технологію отримання сонячного елемента, який одночасно включає в себе і кремнієву, і перовскитну частини. Ефективність гібридної батареї склала 25,2 відсотка - це рекордний показник для батарей такого типу. При цьому вартість технології не сильно відрізняється від вартості виробництва стандартних кремнієвих елементів, пишуть вчені в.
Найбільш поширеним напівпровідниковим матеріалом, який може поглинати сонячне світло і перетворювати його в електричну енергію, залишається кремній - саме з нього зроблено більшість сучасних сонячних батарей. Один з основних недоліків цього матеріалу - фундаментальні обмеження в ефективності перетворення енергії: для одношарової сонячної батареї з кремнію її максимум не перевищує 30 відсотків. Значно більших ККД вдається домогтися при використанні багатошарових комірок з інших напівпровідникових матеріалів. Наприклад, ефективність сонячних батарей з арсенідів галію та індія наближається до 50 відсотків, проте їх виробництво дуже дорого і в промислових масштабах поки що не може бути реалізовано.
Як заміну кремнію саме для масового виробництва сонячних батарей частіше за інші матеріали пропонують використовувати сполучення зі структурою перовскиту. Зазвичай перовскитні сонячні осередки включають в собі органо-неорганічні матеріали на основі трііодиду метиламонію свинцю (CH3NH3PbI3), і вже зараз їх ефективність перевищує 20 відсотків. Додатково підвищити ККД батарей на основі перовскитних матеріалів теж можна за рахунок використання багатошарових напівпровідникових структур, однак, як і у випадку з арсенідними елементами, виробництво ефективних перовскитних комірок з великого числа шарів нанометрової товщини поки залишається занадто дорогим.
Для зменшення вартості виробництва багатошарових перовскитних сонячних елементів і одночасного збільшення їх ефективності швейцарські вчені під керівництвом Кентена Жангро (Quentin Jeangros) з Федеральної політехнічної школи Лозанни запропонували наносити тонкий шар перовскитного напівпровідника на поверхню більш ефективних кремнієвих осередків. Використання подібних гібридних елементів дозволяє збільшити ефективність поглинання сонячного світла: перовскіт краще поглинає в синій і зеленій частинах спектру, а кремній - в червоній та інфрачервоній.
Подібні гібридні осередки вже намагалися отримувати, проте всі вони використовували плоскі поліровані кремнієві поверхні, які недостатньо ефективно поглинають світло. Більш ефективні кристали кремнію, які використовуються зараз в сонячних елементах, мають на своїй поверхні текстуру, що складається з масиву пірамідок мікронного розміру, що сильно знижує частку відбитого світла. Однак така текстура ускладнює облогу на неї шарів інших складів за допомогою традиційних методів (таких як спін-коутинг). Тому в даному випадку вчені запропонували використовувати для отримання перовскитного і проміжних шарів цілий комплекс методів осадження плівок з газової фази після спільного випаровування компонентів, у тому числі термічне напилення, атомно-шарове осадження і магнетронне розпилення.
В результаті правильного підбору складів всіх шарів, необхідних для створення p-i-n-переходу, хімікам вдалося отримати сонячний елемент, в якому поверхню кремнію покривала багатошарова структура, що включає основний шар перовскиту товщиною близько 400 нанометрів. Ефективність перетворення енергії сонячного елемента склала 25,2 відсотка - це рекордний показник для гібридних батарей такого типу. А за рахунок використання саме пірамідальної кремнієвої поверхні вдалося домогтися і високого значення щільності струму в комірці: вона сягала 19,5 міліампер на квадратний сантиметр.
За словами авторів роботи, основна гідність запропонованого методу - це його повна сумісність із сучасною технологією виробництва кремнієвих батарей. Тому додавання до процесу однієї додаткової стадії не сильно позначиться на вартості виробництва, зате значно збільшить ефективність одержуваних елементів. Вчені зазначають, що надалі за допомогою такого підходу ефективність гібридних сонячних осередків може бути збільшена і до 30 відсотків.
Одна з головних недоліків сучасних перовскитних батарей - їх хімічна і фізична деградація, яка призводить до швидкого зниження ефективності. Щоб вирішити цю проблему, дослідники пропонують різні підходи. Наприклад, нещодавно для цього хіміки розробили перовскитну сонячну батарею з додатковим шаром фторованого графена, який не дав ККД елемента впасти за місяць більше, ніж на 18 відсотків. Інший спосіб уповільнення деградації - зняття внутрішніх напружень у кристалі, до якого може призвести опромінення батареї світлом енергією більше ширини забороненої зони.